专利名称：钻孔装置及用于钻孔装置的转矩支承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据本发明权利要求1所述的在土地上钻孔用的钻孔装置。本发明也涉及一种转矩支承装置，用于在所钻地面钻孔中的钻杆上，远离铝孔刀具的一位置处隔断转矩。
在基本上用滚子钻刀头作钻孔刀具的钻孔和钻具中，需要经常清洁所使用的钻孔刀具，将钻屑路径上的泥土清除、将钻屑从所钻孔底部运走，从而使钻孔的条件优化。
为此常用空气或冲涮液直接冲吹配装有钻孔刀具的钻孔头或者通过气动提升方法或抽吸钻孔法间接地冲吹配装有钻孔刀具的钻孔头。为了做这些，将空气或冲洗液通过沿钻孔钻具的与软管相连的沟槽从工作面吹入所钻孔的底部。通过用外置旋转驱动的一吹洗头，在钻孔刀具内旋转的旋转钻孔钻具与一立式泵即压缩器之间的产生差动。这些公知的用于钻地面孔的钻孔装置有一钻孔钻具，一有扭转刚性的钻孔刀具连接在钻具上，一用于使钻具转动的驱动器，一泵机构及一从泵机构延伸到钻孔刀具、用于产生借助在钻孔刀具上的泵机构产生流体流的流体管。
对于这样的一种钻孔装置，其缺点是加压的冲洗介质必须借助冲洗头才能将之传送到钻孔刀具。故会出现冲洗头密封问题及相应的压力损失。此外，对于用于中间钻孔作业，例如用于凯氏钻孔作业的钻孔装置来说，每一个钻孔周期均需要进行劳动密集的泵管道装拆工作。
本发明的目的是提供一种钻孔装置，用这种装置可以从钻孔刀具除去钻屑，简单和节能，本发明的另一个目的是提供一种转矩支承，用这种支承可以将驱动一辅助组件的转矩与在所挖土孔中的钻孔钻具断开。
所述第一目的用本发明权利要求所述的钻孔装置来实现。
本发明的措施是——泵机构有一软管，软管夹持在钻具上不能转动而且以一恒定距离至少局部地环绕着钻具；——配置一泵定子，它在一侧能实现环绕钻孔钻具转动，在其另一侧则贴靠所钻的地面孔壁不能转动；——泵定子有一沿径向向钻孔钻具延伸的定子臂，定子臂置于钻具与软管之间；以及——定子臂在局部区域挤压软管，定子臂在挤压区域处掠过与钻孔钻具一起转动的软管。
根据本发明的基本想法，将一个简单的软管泵安装在所钻地面孔内的钻孔刀具后面。此泵通过钻孔钻具转动，例如通过凯氏钻杆来驱动。泵机构还有一软管，软管借助合适的夹持机构连接于钻具。软管随着钻孔刀具转动，并构成泵机构的转子。随着钻具的转动软管滑过压靠着此软管的定子的定子臂，而定子则靠贴着所钻地面孔壁，使壁与定子不能相对运动。通过定子与转子的相对运动，就在钻挖作业期间产生泵作用。根据回转方向，就能产生冲洗钻孔刀具的压力或产生抽吸钻屑的抽吸力。
软管的一端通到钻孔刀具的一流体管路，其另一端则与流体池相连，流体池中可以是周围空气亦可以是冲洗流体。软管的端部也可以连到置于所钻孔外的槽中。在任何情况下对本发明来说，均不需要将能量从附加的固定能量发生器传送到用于铅孔装置的旋转钻孔刀具。
本发明的一种推荐方案为将泵定子沿轴向固定子钻孔钻具。在连续钻孔作业期间，使泵定子能连着软管。
提出一些措施，可使泵机构能特别简单地运行，在此泵定子有一转矩支承，在钻孔作业期间，转矩支承紧紧地靠着所钻地面孔的壁，而且能沿钻孔钻具纵轴线方向滑动。泵定子能够特别简单地安装于钻孔钻具上，并可随着钻孔作业进程跟着钻孔钻具前进。
无论泵机构的何种大小和功能，在本发明的另一实施例钻孔装置中，推荐钻孔刀具有一带沟槽的芯孔管；而且使沟槽与软管连接形成流体管道。
如果将一用于收集吹洗流体和钻屑的槽箱安置在钻孔刀具上，并在槽箱与在钻孔刀具上的挖土机构之间配置一根管道，就可在钻孔期间保证有特别良好效果。例如钻屑就可以经由此管道抽吸入槽箱中，在钻孔刀具从完成的钻孔中取走时，槽箱可以被
空。槽箱亦可以用作泵吸流体的贮蓄池。
在本发明另一推荐实施例中，在其定子臂自由端上有一个挤压软管的滚子。滚子可环绕一平行于钻孔钻具纵长方向的滚子轴转动。由于有了滚子，因而在软管上由软管与定子臂间的相对运动产生的磨损在很大程度上可被防止。
如果泵定子在其周边上有多个均布的定子臂，该措施可产生均匀压力。例如，配置了两个彼此相对180°角的定子臂。
在本发明的另一个实施例中，其优点是钻孔钻具上有多个泵机构。在这种情况下，多根软管及多个定子臂以一个在另个下面的形式沿轴向安置。由于有多个泵机构，就可以调定相对高的泵功率。为此多个软管也可以用一个置于另一个之上的方式置于用作转子的公共支承架上。
本发明的第二方面通过一个用于钻孔装置上的转矩支承，将远离钻孔刀具的，在所钻地面孔内的钻孔钻具上的一位置处的转矩断开来实现，该转矩支承具有一主体，主体有安置在中心部位用于穿过钻孔钻具的一孔；一位于该孔内并用于将主体以可转动方式安装到钻孔钻具上的轴承机构；至少三个彼此分开一定距离地安置于主体上的夹持器，夹持器沿径向朝穿过该孔的钻孔钻具纵轴线方向延伸；在每个夹持器上至少有一个夹持体，滚子体在夹持体上可绕一轴转动，每根轴均与穿过该孔的钻孔钻具纵轴线垂直，且与夹持体的转动方向相切。
一个用于产生压力的加压机构，基本上用于将带着滚子体的夹持器从主体沿径向向外压。
根据本发明的转矩支承，在钻孔作业进行期间，在工作区域内由钻孔钻具产生的转矩能被消除。顺便说一下，通过将转矩支承装在钻孔钻具上，该转矩支承相对钻孔钻具是固定的，机械动力就能被断开，如果需要，它亦可以被用来驱动任何需要的辅助驱动或附属设备。在实际中，这样的辅助设备可以是一泵，此泵可用来将钻屑从钻出孔的底部运走。钻孔装置的驱动动力或动力回转头的驱动力通常要大于钻孔工艺所需动力。因此，无需对该设备改进，就可以通过钻孔钻具将辅助驱动所需的部份动力传送到目标区。
在传统装置中，驱动所需的动力是从所钻孔外的某一位置处以电、压缩空气或液压能量形式传送至辅助设备的。与这类传统装置相比，本发明的转矩支承有明显的优点。其结果是不再需要用将能量从固定的能量发生器传送到回转工具上的高费用传送形式。因此，由于本发明的转矩支承能装在所钻孔内钻孔刀具后面，就不会有使动力线长度不适应钻孔深度的问题，尤其是在凯氏钻杆用于钻孔时更是如此。
本发明采取了措施以适应各孔径，使夹持器能在主体上滑动。
自动适应孔径变动是通过本发明的一个实例来实现的，在此实施例中，加压机构有一弹簧机构，用以将夹持器与滚子体一起以一定的压力压向所钻地面孔孔壁。本发明的转矩支承由弹簧力永远保持与所钻地面孔加管或不加管的壁接触。例如，孔径的变化，即钻管到所钻孔最外缘区的变动可以通过使滚子体沿径向移动来补偿。
每个夹持器可围绕着在主体上与钻孔钻具平行的一销作转动，从而实现夹持器向外作枢轴运动。
此方案的形式以一种优化的方式来设计，在此设计方案中，每个夹持器有一向内突伸的径向突臂，而且在此杆臂与主体之间安置一加压弹簧，弹簧将夹持器压向沿径向向外的位置。在本发明中的转矩传送是由于沿园周方向的摩擦力而以一种自锁原则实现的。在这样做了之后，使它与传统的自由转动机械功能不同，在沿轴线方向，它通过使用滚子体而是非自锁的。调整由压缩簧产生的压力，使转矩支承的沿轴向的摩擦力尽可能的低。例如，在使用凯氏钻杆钻孔时，在钻孔作业期间几乎看不见摆动。
在本发明的另一个实施例中，采用了一种措施，通过这种措施，使主体上有为每夹持器连接的止挡，在钻孔作业期间夹持器靠贴着止挡。这样止挡就将夹持器固定在它们的位置上。在使钻孔钻具旋转方向换向时，夹持器的靠贴着止挡的杆臂作枢轴运动脱离止挡，使该机构的自锁作用松开。结果是，象一个泵那样的驱动仅被锁在允许的转动方向上。因此，就此设计方案来说，转矩支承在向上运动之前钻孔钻具短暂的反向转动不可能使转矩支承从钻孔钻具上松脱。
为了调整转子体可以向外摆动出的最大允许直径，本发明的转矩支承这样设计将一种调整机构配置于每个止挡上，各个夹持器就可用这种调整机构来调整其在钻孔期间的摆动。
对本发明将结合以示意方式表示于附图中的各推荐实施例进行解释。各附图为
图1是在钻孔中的本发明钻孔装置的剖视图；图2是沿图1之A-A线剖切的剖视图；图3是沿图1之B-B线剖切的视图；图4是沿图1之C-C线剖切的视图；图5是在钻孔中的本发明的转矩支承的一个剖切的俯视图；图6是沿图5之A-A线剖切的剖视图；图7是沿图5之B-B线剖切的剖视图；根据图1，本发明的钻孔装置10有一泵机构11。泵机构11装配于钻孔钻具13上。在所示实施例中，钻具是一个凯氏方钻杆，其部份置于在地面21上的一预先制备的孔20中。在钻孔钻具13上泵机构11下面还装有钻孔刀具14。在所示实施例中，钻孔刀具14被设计成一种园柱形钻管，钻管上有用于开挖土壤的滚子钻头22。
一流体管12通过在钻孔刀具14上的沟19从泵机构11通过置于末端的滚子钻头22。借助如箭头P2所示方向流动的流体将钻头22上的钻屑24清除。钻屑24如箭头P3、P4所示，借助于装在钻孔刀具14上平行于钻孔钻具13的管25向上传送到钻孔刀具14上的槽26中。在钻孔刀具14钻挖地孔20期间，钻屑24就由此而被除去。
在钻孔刀具14周边上的滚子钻头22及抽吸管24的结构可在图4中清楚地看到。
对泵机构11的结构及作用将结合图1-3进行进一步解释。用软管15作泵机构11的转子，它不能够在钻孔钻具13的架16的上方转动。软管15大致呈半圆形，以一恒定的距离环绕着钻具13。软管15的出口18面向下并与流体管12连接。与此相反，软管15的入口17沿背离钻孔的方向朝上用以沿P1箭头所示方向传送流体。
为了导引软管15中的流体流动，给泵定子30配置两个定子臂32，臂32从一支承机构31沿径向向外延伸。在定子臂32的自由端上各安置一个滚子33滚子靠贴软管15并挤压它。滚子33可借助于平行于钻孔钻具13纵轴线且安置于定子臂32上的轴转动。
泵定子30借助于支承机构31安置于钻具13上，使之可转动但不能够轴向移动。支承着泵定子30使之靠贴着地面钻孔20的侧壁27，并防止其由于转矩支承40作用而绕侧壁转动。转矩支承40有4个彼此垂直成90°角安置的夹持器，它们从支承轴套31沿径向向外延伸。为了根据钻挖作业逐渐加深而在地面钻孔20中沿轴向移动泵定子30及转矩支承40，在四个夹持器41的各自由端各装有滚子体42。滚子体每个都能绕沿水平方向设置的轴43转动。此外，夹持器41还可以各借助弹簧机构44沿径向移动以适应地面钻孔20直径的变动。
在所支承的泵定子30与随钻具13一起转动的、并作为转子的软管15之间可有相对运动。正因为如此，在定子臂32上的滚子33就向软管的被挤压面运动，并挤压软管使软管内的流体朝出口18方向流动，流入流体管12。这样做了之后，根据本发明就可在相对缓慢的速度时获得足够的流体压力，以便清洗钻孔刀具14、清除钻屑24。无需采用外加动力来调整流体压力。为加大泵的功率，如果需要可在钻具13上在一个泵机构后面再配置另外一个泵机构11。为了实现这种配置，在钻具13上做一个专门设计的连接器45，这样就可将附加的泵机构11以简单方式安装在钻具13上。
在按箭头D所示转动方向转动时，所产生流体向下到达钻孔刀具14。为了使转动反向，也可以将一辅助压力引入本钻孔装置10的流体管12中，辅助压力通过流体管12使钻屑24沿着向泵机构11的方向向上抽出。
结合图5-7，介绍本发明的一转矩支承140，支承140可用于上述钻孔装置。转矩支承140具有一主体145，它可借助轴承119相对于中心孔156内的钻具113转动。轴承119是一径向推力轴承从而可防止主体145相对钻具113的轴向移动。
主体145由两块相互平行的平板146、147组成，在它们之间安装有带滚子体142的夹持器141。
均布于主体145周边上的三个夹持器141是用于将滚子体142安置于轴143，轴143垂直于钻具113的纵轴线且指向钻具113转动的方向。因此使转矩支承140沿钻孔方向V运动所需的力就很小。
每个夹持器141均借助主体145上的一销148可作枢轴运动。各个销148轴线中心位置相对于从钻具113纵轴线到滚子体142中心点的径向线149偏离一距离e，并偏离方向与钻具113的旋转方向D相反。由于这种产生偏心距e的结构设计，压力和摩擦力的大小易于控制。
在进入地面21的地面钻孔20期间，为了使滚子体142与壁27，也即本实施例中的钻管接触，配置一有压缩簧150的一压紧机构144。这些在一侧支承在靠着主体145的支承板151上，在另一侧推向沿径向向各个夹持器141内突伸的杆臂152。
因而在夹持器141上施加一些弹性预加载荷力使其呈自锁状态。
为了调整夹持器141轴枢最大行程，配置一个调整机构153。此机构有紧固于主体145上的一止挡154及相适应的调整螺钉155。当转矩支承140沿回转方向D转动时，杆臂152压靠调整螺钉155，从而使夹持器141与滚子体142一起固定于它们径向位置。在沿相反方向转动时，夹持器141就克服压缩弹簧150的压力，从张紧位置上松开。借助于合适的连接机构，可以将多个悬臂装配入转矩支承上，悬臂起定子作用，可相对一转子隔断力矩。
权利要求
1.一种用于在地面中钻孔的钻孔装置，它具有一钻孔钻具(13)，一装配于钻具(13)上的抗扭转刚性钻孔刀具(14)；一用旋转方式驱动钻具(13)的驱动器；一泵机构(11)及一流体管道(12)，它从泵机构(11)延伸到钻孔刀具(14)，通过泵机构(11)将流体导至钻孔刀具(14)；其特征在于；泵机构(11)有软管(15)，管(15)固定夹持于钻具(13)上不能转动，并在一定距离处至少部份地环绕着钻具(13)；还有一泵定子(30)，在其一侧可环绕钻具(13)转动，在其另一侧则靠贴所钻地面孔孔壁(27)上，使之不能转动；此泵定子(30)有沿径向延伸到钻具(13)的定子臂(32)，定子臂(32)位于软管(15)与钻具(13)之间；而且定子臂(32)局部地挤压着软管(15)，而且其中的定子臂(32)掠过随钻具(13)转动的软管(15)。
2.如权利要求1所述钻孔装置，其特征在于，所述泵定子(32)沿轴向固定到钻具(13)上。
3.如权利要求1或2所述钻孔装置，其特征在于，所述泵定子(32)有转矩支承(40，140)，在钻挖期间，转矩支承(40，140)沿旋转方向对所钻地面孔(20)的壁(27)是不动的，而沿钻具(13)的纵轴向滑动。
4.如权利要求1-3之一所述钻孔装置，其特征在于，所述钻孔刀具(14)具有一带沟槽(19)的芯孔管，而且所述软管(15)与沟槽(19)连接构成流体管(12)。
5.如权利要求1-4之一所述钻孔装置，其特征在于，在所述钻孔刀具(14)上安置一槽(26)，用于接纳冲洗液及钻屑(24)，并且将一管(25)配置于槽(26)与在钻孔刀具(14)上的挖土机构之间。
6.如权利要求1-5之一所述钻孔装置，其特征在于，所述定子臂(32)在其挤压软管(15)的自由端上有一滚子(33)，滚子(33)能环绕滚子轴(34)转动，滚子轴(34)平行于钻孔钻具(13)的纵轴线。
7.如权利要求1-6之一所述钻孔装置，其特征在于，所述泵定子(30)有多个均布于其周缘上的定子臂(32)。
8.如权利要求1-7之一所述钻孔装置，其特征在于，多个泵机构安置在钻孔钻具(13)上。
9.一种用于钻孔装置，尤其是用于权利要求1-8之一所述钻孔装置的转矩支承，用于在所钻地面孔中远离钻孔刀具的钻具上的一位置处断开(tappingoff)转矩，它具有一主体(145)，其上有安置于中心位置处，用作钻具(113)通道的一孔(156)；一在孔(156)内的一轴承机构(119)，用于将主体(145)以可转动的方式定位安置在钻具(113)上；在主体(145)上有至少三个彼此间隔一定距离地的夹持器(141)，夹持器(141)从主体(145)沿主体(145)向穿过孔(156)的钻具(13)的纵轴线径向延伸；每个夹持器上至少有一个滚子体(142)，滚子体(142)在夹持器上可绕轴线(143)转动，它们中的每一个均垂直于钻具(113)的纵轴线，并与在夹持器(141)上的其旋转方向相切；以及一用于产生压力的加压机构(144)，用于将带滚子体(142)的夹持器(141)沿径向朝离开主体(145)的方向向外压。
10.如权利要求9所述转矩支承，其特征在于，所述夹持器(141)均可相对主体滑动。
11.如权利要求9或10所述转矩支承，其特征在于，所述加压机构(144)有一弹簧机构，将夹持件(141)与滚子体(142)一起以一定压力压向所钻地面孔(20)的壁(27)。
12.如权利要求9或11所述转矩支承，其特征在于，所述夹持器(141)每个均以枢轴方式安置于主体(145)的销(148)上，销(148)与钻具(113)纵轴线平行。
13.如权利要求9-12之一所述转矩支承，其特征在于每个夹持器(141)还有一沿径向向内伸的杆臂(152)，而且杆臂(152)与主体(145)之间还置有一压簧(150)用以将夹持器(141)压向其沿径向靠外的一位置。
14.如权利要求9-13之一所述转矩支承，其特征在于，在主体(145)上配置一个用于夹持器(141)的止挡(154)，在在钻挖期间，夹持器(141)就靠在止挡上。
15.如权利要求14所述转矩支承，其特征在于，在每个止挡上配置一调节机构(153)，在钻挖期间用调节机构来调整各个夹持器(141)的摆动。
全文摘要
本发明涉及用于在地面中钻孔的钻孔装置,它具有一钻孔钻具,一钻孔刀具,一泵机构及一液流管道。泵机构是一种软管泵,其软管固接于钻孔钻具上,以防止其转动。而且还有一泵定子,泵定子有定子臂,定子臂可挤压着软管,并在软管随钻孔钻具一起转动时,掠过软管而起泵作用。本发明也涉及一钻孔钻具的转矩支承,用于在钻孔装置中切断在所钻地面孔中的转矩。
文档编号E21D1/00GK1198502SQ9810598
公开日1998年11月11日 申请日期1998年1月24日 优先权日1997年1月24日
发明者E·斯托泽尔, C·哈格梅耶尔 申请人:包尔特基础工程有限公司